风力机变速变桨的LQG/LTR鲁棒控制

针对变速变桨风力机实际工况下同时存在外界输入噪声及内部测量噪声的问题,采用线性二次型/回路传输恢复(Linear quadratic Gauss/loop transfer recovery,LQG/LTR)方法设计改善某风力机叶轮转速及塔架前后弯曲模态的控制器,增强风力机系统在随机干扰下的鲁棒性能。根据风力机空气动力学的圆盘理论和叶素理论,求解风力机受到的扭矩和推力。基于变速变桨风力机的线化模型,分别进行LQG和LQG/LTR控制器设计,分别仿真输出风力机的叶轮转速、塔架塔顶位移和桨距角时间变化曲线。仿真结果表明,LQG/LTR控制器在满足系统控制目标的情况下,可显著提高风力机系统的鲁棒性能及稳定性。     

弹性机器人的LQG／LTR控制

ＬＱＧ／ＬＴＲ设计方法仅适合于最小相位系统，本文对单臂弹性机器人系统，进行适当的处理和对方法进行改进后，仍采用ＬＱＧ／ＬＴＲ方法设计控制器，得到的闭环系统有较强的鲁棒性。     

飞行轨迹控制系统的LQG／LTR设计

ＬＱＧ／ＬＴＲ是一种现代多变量频域设计方法,它以良好的鲁棒性能和解耦特性而得到广泛应用,但是该方法通常只适用于最小相位被控对象。本文以直观的物理含义说明了ＬＱＧ／ＬＴＲ方法的基本原理,探讨了非最小相位被控对象的处理方法以及多变量控制系统设计中一些值得注意的问题,并将它应用某飞机的到非最小相位的纵向飞行轨迹控制系统设计中去。设计中考虑了飞机的模型不确定性和随机风干扰的影响。仿真表明,采用该方法可以取     

一种变速风力机全风速范围发电策略

由于风力机系统复杂的机械阻尼和大惯量等强非线性因素的存在,增大了控制策略设计与实现的难度。同时,对于变速风力发电系统而言,风力机的转速控制器设计是实现发电控制策略的重要环节。本文首先分析了定桨距变速风力机全风速段的发电策略,针对传统方案所存在的问题,提出了新型的控制策略,该策略在不同运行状态之间的过渡过程迅速平滑,有效降低了系统的动态载荷;其次,基于现有的风力发电系统分析了定桨距风力机的小信号模型,推导了风力机系统的传递函数,并为转速控制环设计了P ID控制器;最后,通过仿真和实验,验证了全风速段发电策略的可行性和有效性。     

变转速旋翼直升机的续航性能与变速策略

根据飞行状态合理调整旋翼转速有利于降低需用功率和油耗,能够给直升机飞行性能带来好处。本文通过航程和航时的建模与分析,评估变转速旋翼对续航性能的影响。在此基础上,进行无级变速和有级变速策略研究,提出一级、二级变速方法。研究结果表明,优化转速对续航性能的提升很明显,旋翼有限级变速(一级、二级)和额定转速相比,可以显著减小其型阻功率,综合考虑,一级变速较适合于工程应用。     

航空发动机的降低ZP／LTR控制

研究了航空发动机的多变量鲁棒控制，提出了代价设计对象模型的构造方法。该模型是通过对被控对象的发动机执行机构进行特定输出反馈而得到的，它与被控对象模型阶次相同，明显低于目前常用的增广设计方法设计对象模型的阶次。基于低阶设计对象模型，作者以前研究的ZP／LTR设计方法转化为低价ZP／LTR设计方法，应用该方法使设计控制器的阶次明显降低，从而更易实现。通过对某型涡扇发动机的仿真研究验证了低阶ZP／LTR设计方法的有效性。     

风力机尾流数学模型及尾流对风力机性能的影响研究

为了合理布置风力机,尽量减小风力机尾流的影响,提高风电场效率,使风电场的经济性达到最佳,用风力机AV尾流数学模型计算了风力机尾流区速度分布和处于尾流区的风力机性能所受到的影响,计算结果和实验结果比较表明:AV尾流模型在一定程度上可以模拟风力机尾流区的速度分布,用来计算处于尾流区风力机性能是可行的。     

基于鲁棒控制理论的轨迹规划方案

为了在大流量、高密度和小间隔条件下获取多航空器鲁棒无冲突轨迹,针对不同的航路空间分布结构,通过将单架航空器视为一个批次以及引入缓冲时间参数,基于航路冲突点保护区竞争机制,在极大代数框架下根据管制间隔约束构建了单航段和多航段航空器流控制模型,建立了模型输入变量、状态变量和输出变量之间的约束关系。从各类子模型的空间逻辑结构出发,进一步构建了空域多航空器极大代数耦合模型。基于不同的调配目标,设定了多类鲁棒优化指标函数,采用调整航空器到达航段入口时刻和在航段上运行速度两种策略,提出了多航空器轨迹规划鲁棒优化模型。算例分析表明,本文所提出的规划模型可行有效。     

风力机叶尖涡的数值模拟

以NREL Phase叶片的1/8模型为对象,采用有限体积法求解不可压缩雷诺平均的Navier-Stokes方程组,模拟了风力机叶片的绕流和尾流,分析了叶尖涡的生成和发展过程。结果显示:在叶片尖部,从前缘开始生成的压力面一侧漩涡和从约1/2弦线开始生成的吸力面一侧漩涡在尾缘附近汇合并脱出形成叶尖涡;在近尾流区域,叶尖涡先局部向内迁移,但其原因并非风轮旋转;在远尾流区域,叶尖涡以接近线性的规律持续向外迁移;叶尖涡与叶根涡共同形成的涡系结构,在风轮下游相当一段距离仍然对尾流场产生显著的速度诱导,表明尾涡对风力机尾流场产生主导作用。     

风力发电机组的混合灵敏度H_∞鲁棒控制

针对风力发电机组非线性系统的不确定性和强干扰等特点,在其数学模型局部线性化基础上,引入一种混合灵敏度H_∞鲁棒控制设计方法,设计了风力发电机组的转速控制器,实现了额定风速以下的风能最大捕获.仿真结果表明:鲁棒控制嚣应用于风力发电机组,具有鲁棒稳定性和抗干扰性能.     

多时滞区间矩阵系统的H∞鲁棒控制

研究了系统矩阵、时滞矩阵和输入矩阵均含有不确定性的多时滞区间矩阵系统的 Ｈ∞鲁棒控制问题。文中首先针对时滞系统ｘ（ｔ）＝ Ａｘ（ｔ）＋ Δ Ａｘ （ｔ－ τ）在 Ａ 稳定条件下,运用根轨迹法,导出时滞系统稳定的条件;接着运用该条件及 Ｈ∞控制方法和实对称矩阵集合最小上界定理,设计了多时滞区间矩阵系统的 Ｈ∞鲁棒控制器。该设计方法把确定多个矩阵不等式共同解的复杂问题简化为求解单子代数 Ｒｉｃｃａｔｉ矩阵方程,所得多时滞区间矩阵系统的 Ｈ∞控制律,对于所有允许的不确定性,可使闭环系统稳定,且使系统从扰动输入到控制输出的传递函数具有 Ｈ∞范数界。文中算例表明了该方法的有效性。     

基于LBM-LES方法风力机流场的数值模拟

本文基于先进的结合Lattice Boltzmann Method(LBM)与Large Eddy Simulation(LES)两者优点的LBM-LES方法,对典型的三叶片水平轴风力机自由旋转风轮复杂的湍流流场进行了数值模拟。风力机一般是在风的作用下做绕固定轴非定速旋转运动,传统的计算流体力学(CFD)方法对其复杂流场的研究存在一定的困难。LBM方法三维粒子速度模型为D3Q27,LES则采用了Wall-Adapting Local-Eddy亚格子模型对湍流进行模拟。数值结果表明:LBM-LES方法能够比较好地捕捉风力机复杂的非定常湍流流场细节及其特征。     

一类具有时变参数不确定非线性系统的鲁棒控制

利用李亚普诺夫函数递推设计方法对一类含有未知时变参数不确定和干扰的非线性系统进行了控制器设计，所设计的控制器对于所有允许的不确定可保证闭环系统状态一致有界并收敛到一个紧集。文中给出了鲁棒控制器的设计算法及系统稳定的充分条件，并讨论了当不确定被看作系统的输入时，闭环系统具有ISS特性。因而，本文提出了一种克服不确定造成系统不稳定的方法，最后给出了一个仿真算例。仿真结果表明了所设计的控制器的有效性和较强的鲁棒性。     

Delta算子系统极点有圆形区域约束的鲁棒控制

研究Delta算子描述的不确定线性系统闭环极点有圆形区域约束的鲁棒控制,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,对Delta算子不确定系统进行状态反馈设计,导出满足闭环极点圆形区域约束的状态反馈控制律存在的充分条件,用一个线性矩阵不等式的可行解给出了状态反馈控制律的参数化表示．具体算例说明了试方法的有效性．     

基于模态灵敏度的风力机复合材料叶片结构优化

提出了一种叶片全尺寸结构设计方法,该方法采用遗传算法确定叶片铺层厚度的最佳分布,从而使得叶片弯曲刚度最大化.采用数值微分法求解了叶片模态频率对叶片各子区域铺层厚度的灵敏度数值.选择了叶片一阶挥舞与摆振模态固有频率作为优化目标,基于模态灵敏度探究了各子区域铺层厚度对其挥舞与摆振刚度的影响,并筛选出了14个显著设计变量来驱...     

利用自然低温的风力机结冰风洞实验系统设计

为研究风力机叶片的结冰特性与防除冰方法,设计了一种简便、低成本的结冰风洞实验系统。利用北方冬季的自然低温条件,将常规的开口射流风洞加以改造,安装水雾喷射系统和结冰测试段以提供结冰环境条件。在冬季进行了结冰验证实验,对结冰风洞的3个主要参数:温度稳定性、液态水含量和过冷水滴平均直径进行了测试和标定。结果表明,在环境温度相对稳定的冬季时间段内,主要指标可在一定程度上满足风力机结冰实验要求。